河流沉积物原位XRF岩芯扫描结果定量估算的初步研究

原位XRF岩芯扫描技术具有前处理简单、破坏性小、快速和连续测量等优势, 是获取高分辨率元素记录的有效手段, 已被广泛应用于海洋、湖泊、三角洲和黄土等沉积物的古环境变化研究中, 但是针对河流沉积物的研究较少。本文利用原位XRF岩芯扫描技术对黄河内蒙古段河道钻孔沉积物进行了扫描分析。首先选取岩芯HDZ10( 40°8'3.9"N, 111°14'21.3"E) 进行X荧光元素实验测试条件分析, 在此基础上利用HDZ12( 40°12'59.91"N, 111°10'48.66"E) 探讨了河流沉积物原位XRF扫描技术的可行性及结果定量校正方法。对比元素强度值与元素含量的结果, 发现河流沉积物中Sr、Ca、Ti、Fe、Rb和Zr的元素强度值与元素含量相关系数较高。我们依据上述元素获得岩芯样品的强度值与元素含量的对数比率值, 并通过主轴回归分析方法得到相应的模型校正系数, 选取拟合度R2最高的校正系数建立了对数比率校正模型。校正后的ln(Zr/Ca)、ln(Fe/Ca)、ln(Ti/Ca)、ln(K/Ca)、ln(Rb/Ca)和ln(Sr/Ca)元素强度曲线与实测曲线基本一致, 最大程度地校正了原位XRF扫描分析结果, 较好地实现了河流沉积物的原位XRF扫描结果的定量估算。     

长江三角洲平原湖沼沉积物XRF岩芯扫描结果的可靠性分析

对长江三角洲顶部湖沼相沉积为主的XJ02孔(32°19'57″N,119°16'22″E)进行XRF全岩芯扫描(XRF-cps)分析,同时选取70个样品利用X射线荧光光谱仪(XRF-ppm)进行元素含量测定。通过对两种测试方法所获结果的对比及相关性分析,探讨了XRF岩芯扫描方法测定元素含量的可靠性及其影响因素。结果表明:两种方法所测得的6种元素Ti,Zn,Rb,Sr,Fe和Ca的相关系数很高,XRF扫描强度变化可以很好地反映其含量的变化;XRF扫描强度受含水量的影响,尤其对原子量较小的元素Si等影响比较明显; 对于含量较低的元素P和Pb,XRF扫描强度不能真实的反映沉积物中的元素含量。     

同步辐射射线荧光光谱研究台湾红珊瑚生长环带的元素分布

红珊瑚具有的生长环带结构可以记录生态环境变化的过程。采用同步辐射微聚焦X射线荧光光谱(SR-μXRF)技术研究红珊瑚横截面生长环带中主要元素Ca,过渡金属元素Cu、Fe、Mn和Zn,稀土元素Dy以及毒害元素Hg等含量的空间分布。结果显示,Ca元素随生命活动呈周期性变化,Fe元素含量变化能够反映出珊瑚生命活动的活跃程度,Hg元素能够反映珊瑚虫从幼年到成年的变化。应用同步辐射技术开展珊瑚横截面生长环带结构中元素分布和生态环境关系的研究,进而探讨珊瑚生态环境与海洋大环境关系,可以为了解海洋环境变化提供具有时间维度的信息。     

同步辐射X射线荧光微探针技术中地质标样的研究

将国家级标样GSR-1至GSR-7研磨至颗粒度<2μm,在大气光路中以光斑尺寸为100μm×l00μm的同步辐射X射线(白光)激发,si(Li)半导体探测器采集荧光信号。研究了这些岩石标样中元素(K、Ca、Ti、Mn、Fe、Zn、Rb、sr、Zr)的X射线荧光强度平均值的相对标准偏差与取样量(点数或面积)的关系,测算了使用这套国家岩石标准样的取样量(点数或面积),并确定了实用的测量方法。为同步辐射X射线荧光微探针扫描技术提供一套(7个)适用的岩石标准样。     

大兴安岭阿尔山天池湖泊沉积物记录的全新世气候突变

阿尔山天池是大兴安岭中部一个封闭的火山口湖,地处东亚夏季风尾闾区,是研究区域气候快速变化的良好载体。通过对阿尔山天池岩芯（深度243~100 cm,年代10.0~1.3 cal.ka B.P.）开展连续、高分辨率的XRF元素扫描和粒度分析,选取岩芯中12种含量较高且环境指示意义明确的地球化学元素开展相关分析及因子分析发现：全新世时段阿尔山天池湖泊沉积物中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si、S、Mn、Cl等元素变化一致且均与Cr元素变化趋势相反,其中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si等8个迁移积累型元素之间相关性较高,且为湖泊元素变化的主控因子,说明阿尔山天池湖泊沉积物中元素来源主要受外源碎屑物质的影响,湖泊沉积物元素变化主要决定于区域气候的干湿状况。基于精确的年代框架,通过阿尔山天池沉积物Ca/Ti,Cr/Ti,Fe/Mn,Rb/Sr和Fe/Ti元素比值、粒度数据,与同一地区的月亮湖TOC和乔木花粉百分比记录对比分析表明：大兴安岭中部地区全新世以来气候-环境和湖泊水位经历了温暖偏干-低湖水位期（10.0~7.3 cal.ka B.P.）、温凉湿润-高湖水位期（7.3~6.1 cal.ka B.P.）、温暖湿润-低湖水位期（6.1~4.3 cal.ka B.P.）、温凉湿润-高湖水位期（4.3~3.0 cal.ka B.P.）、温暖湿润-较高湖水位期（3.0~1.4 cal.ka B.P.）等5个阶段的演变;元素记录15次显著快速干旱气候事件,其中发生在7.8cal.ka B.P.、7.3cal.ka B.P.、6.9cal.ka B.P.、6.5cal.ka B.P.、6.3cal.ka B.P.、6.1cal.ka B.P.、5.5 cal.ka B.P.、4.2 cal.ka B.P.、3.8 cal.ka B.P.、3.6 cal.ka B.P.、3.0 cal.ka B.P.、2.6 cal.ka B.P.及1.8 cal.ka B.P.的13次干旱事件与已有大兴安岭地区其他钻孔记录均有较好的对应。此外,阿尔山天池湖泊记录中Fe/Ti元素比值与粉砂和粘土含量变化趋势基本一致,表明在东北封闭湖泊中Fe/Ti可作为湖泊细颗粒组分的良好代用指标。本研究表明湖泊沉积物高分辨率的XRF元素扫描分析在气候快速变化研究方面具有很大的潜力。

     

14 ka以来苦海沉积物地球化学记录及其古环境意义

对青藏高原东北部封闭咸水湖泊苦海水深最深处KH17钻孔进行沉积物粒度、烧失量和X射线荧光光谱（XRF）测试及XRF测试结果的主成分分析（PCA）,以揭示14 ka以来苦海沉积物特征及其所反映的搬运与沉积过程变化,反演湖泊流域古环境。研究结果表明:第一主成分（PC1）主要包括Ti、Fe、K等元素,指示径流输入强弱;第二主成分（PC2）中载荷值较大的Ca和Sr与碳酸盐含量相关,指示湖泊蒸发强弱;Zr（第三主成分中载荷值最大）与砂组分、Rb与黏土组分含量相关,分别指示风力输入粗颗粒物质和径流输入细颗粒物质情况,其比值可反映化学风化弱强;Fe/Mn、Sr/Ca也能较好地指示沉积物氧化还原环境、湖水盐度和水位情况。基于上述记录所建立的古环境演变重建结果显示:13.6~13.0 ka B.P.苦海水位较低,径流输入相对强;13.0~11.5 ka B.P.受新仙女木事件影响,环境干旱且温度极低,风力作用强,输入物质多;早全新世升温显著,蒸发作用强,内生碳酸盐沉积增多,湖泊水位增加缓慢,中全新世期间达到最高水位;5.3 ka B.P.以后,湖泊经历干旱时期,盐度与碳酸盐沉积增加;2.7 ka B.P.以来水分供给波动,湖泊水位显著振荡。     

南沙海域西南海区表层沉积物地球化学特征

对南沙海域西南海区101个站位表层沉积物中的元素含量及分布特征分析表明：①元素含量的分布规律是Al、Fe、Mg、Ti、P、K、Na及Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Ba、Zr含量从陆架到陆坡直到深海明显递增；Ca、Sr含量由陆架到陆坡递增，由陆坡向深海锐减；Si含量在陆坡低，在陆架和深海高。②沉积物中元素的分布和含量变化与沉积物类型有密切关系。粗粒沉积物中Si、Sr含量较高，细粒沉积物则相对富集Al、Fe、Mg、Ti、P、K、Na及Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Ba、Zr等元素，并且随沉积物变细，其含量亦增加，在粘土中含量最高。③SiO2与其余常量组分均呈负相关，且随水深的增加，含量逐渐减少。Al、Fe与大多数常、微量元素(Si、Ca、Sr除外)呈正相关，Ca、Sr与大多数元素呈负相关，而它们本身呈强正相关。Co、Ni、Zn、Ba、Zr与Cu呈正相关，表现为亲铜性。④本区元素的分布主要受沉积物类型、物质来源、水深和生物生产力的影响。     

“巫山黄土”常量元素地球化学特征

为了研究"巫山黄土"的地球化学特征,利用X射线荧光光谱仪对"巫山黄土"样品的常量元素进行测试分析,结果表明:(1)常量元素SiO2、Al2O3、TFe2O3、Fe2O3和TiO2含量随着剖面中细颗粒粘土含量的变化呈现明显的旋回变化特点,该特点对"巫山黄土"沉积时的气候演化规律具有一定的指示意义;(2)在化学风化过程中,元素Si、Al、Fe、K、Mn、Ti之间具有很好的相似性,表现为明显的正相关,而它们与元素Ca、P却具明显的差异性,表现为明显的负相关;(3)沉积物的粒径对部分常量元素地化特征具有一定的控制效应,Al、Fe、Ti等元素主要富集于0.8~2.0μm黏土粒级沉积物中,而在40~100μm的粗粉砂和极细砂粒级中的含量极少;(4)"巫山黄土"常量元素UCC标准化后分布曲线近于平坦线型且靠近UCC分布曲线,指示其可能为风积成因.     

贵州威宁窑上组沉积物物源特征及沉积控制因素分析

根据威宁草海第四纪窑上组沉积物主量元素和REE特征,探讨沉积物物源特征、气候演变情况、沉积物堆积控制因素。结果表明:Al、Mg、Ca、K、Na和Ti的含量变化在剖面上一致,它们的相关系数很高(0.522~0.985)。Fe含量和Mn含量呈正相关形式,与Al、Mg、Ca、K、Na和Ti呈负相关。Fe2O3含量在土黄色粘土的铁质层很高(42.86%~50.57%)。样品中REE球粒陨石标准化配分模式与贵州土壤、贵州碳酸盐岩风化壳配分模式很相似,与峨眉山玄武岩配分模式不一致,但其含量略低于贵州碳酸盐岩风化壳的含量;沉积物主要来源于碳酸盐岩,且碳酸盐岩强烈风化成土作用使REE超常富集,在剖面上呈现高ΣREE(平均219.38μg/g)。通过Mg/Ca、MgO/Al2O3、(CaO+K2O+Na2O)/Al2O3、(Fe2O3+Al2O3)/(MgO+CaO)、(K+Na+Ca+Mg)/(Fe+Mn)、(Al+Fe+Mn)/(K+Ca+Mg)和(MgO+Na2O+CaO)/Al2O3等气候指标研究,表明在草海窑上期为湖泊沉积时期,气候经历了由温暖湿润向冷干的转变。同时,认为物源性质、构造运动、气候等共同控制该区沉积物形成。     

湘江竹埠港段河床沉积物元素地球化学特征

湘江是我国重金属污染最严重的河流之一。本次工作利用X射线荧光(XRF)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析技术,对湘江竹埠港沉积物进行主量和微量元素分析。结果表明沉积物主量元素含量变化相对稳定,富集MnO、P2O5、Fe2O3、Al2O3,亏损CaO、Na2O。微量元素含量变化较大,亏损Ba、Sc、Mn、Sr而富集其他微量元素。对主量元素和稀土元素进行了分析,表明沉积物物源主要是由上游花岗岩风化所提供。对沉积物进行因子分析和相关性分析,表明沉积物源主要以陆源碎屑为主,并有磷灰石和软锰矿等自生副矿物,Ni、Pb、Cu可能来自人为污染源。地累积指数表明Ba为清洁无污染,重金属V、Cr、Co、Ni、Th、U为轻度污染,重金属Cu、Pb、Zn为偏中度污染,Mn为中度污染,Sc为偏重度污染。其中重金属Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Mn、Sc污染应引起关注。     

黄河、长江与韩国Keum、Yeongsan江沉积物常量元素地球化学特征

运用同样的样品采集和测试方法比较分析了我国的长江和黄河以及韩国的Keum和Yeongsan江的常量元素地球化学特征。韩国河流沉积物中Ca及碳酸盐含量显著低于长江和黄河,而其他元素含量则在二者之间;黄河沉积物以总无机碳(TIC)、Na和Ca含量高为特征,而长江沉积物则显著富集Ti和P。Keum和Yeongsan江沉积物中P、Ca、Fe和Mg在酸溶相中比例可达30％～66％,而K、Al和Ti则富集在残渣相中。韩国河流沉积物极低的Ca含量同流域缺乏碳酸盐源岩密切相关,其沉积物主要由侏罗一晚白垩纪的花岗岩经过中等程度的化学风化而成。虽然Ca在中韩河流沉积物之间含量差异显著,但必须谨慎运用全钙含量来识别海区物源。而沉积物中非碳酸盐态钙(Ca^*)及相应的K／Ca^*和Al／Ca^*比更适合用来示踪黄河及Keum和Yeongsan江沉积物;Ti则可以用来区分长江与其他河流沉积物。     

同步辐射X射线荧光微探针测定岩石中的元素分布

同步辐射X射线(白光)荧光微探针在大气环境下,光斑尺寸为(50×50)μm~2,位移为1mm/步,计数时间30s,扫描测量了含石榴石紫苏花岗岩中多元素(K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Rb和Sr)的分布并绘制成图。检测限达x×10ppm,绝对量为10~(-10)—10~(-11)g范围。     

川西伟晶岩型矿床中流体包裹体的SRXRF分析

同步辐射X射线荧光(SRXRF)微束分析是一种无损而又具有较低检测限的技术,但在地学上的应用较少。本文尝试用SRXRF技术对川西伟晶岩型矿床——甲基卡稀有金属矿床和丹巴白云母矿床进行对比性研究。同一矿床的同类样品的SRXRF图谱形态相近,说明测试状态稳定和测试结果可信。在甲基卡矿区,相对于石英脉,锂辉石矿脉石英中的包裹体检测出较多的Fe、Mn、Co元素,并出现Ti、Rb、Ga、Zn等元素。在丹巴矿区,相对于李家工地白云母矿脉,春牛场伟晶岩检测出S及Zn,Fe的含量也较高。相对于丹巴矿床,甲基卡矿床中的包裹体相对富集金属元素,特别是Ga、Rb等。这些测试结果显示出甲基卡稀有金属矿床和丹巴白云母矿床流体组成的差异,以及矿化和非矿化伟晶岩流体的差异;说明了SRXRF是一种有效的流体包裹体测试手段,但还需要降低SRXRF探针聚焦光束光斑的大小,提高测试数据的定量化精度。     

CE3玉兔号月球车APXS特征X射线能谱信息分析

通过对CE3玉兔号月球车粒子激发X射线谱仪（APXS）获取的数据进行处理,获得测点的累积特征X荧光计数率谱线,经小波滤波,消除放射性涨落对X荧光谱线的影响。由能量刻度获得了月球车着陆点月壤元素X射线特征能量峰,由此分析了着陆点月壤元素的成分,得知测量点月壤元素成分包括Si、Ca、Al、Mg、K、P、S、Fe、Ti、Ni、Cr、Mo、Sr、Y、Zr、Nb。研究结果为月陆地质演化提供了有利的参数制约。     

洞庭湖“四水”入湖河床沉积物主量元素地球化学特征及意义

本研究利用X射线荧光分析仪（XRF）对洞庭湖"四水"（湘江、资江、沅江、澧水）入湖河床沉积物进行主量元素地球化学分析,探讨"四水"入湖沉积物主量元素组成特征及其影响因素。结果表明,洞庭湖"四水"入湖沉积物中SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、P2O5、LOI等元素含量变化相对较小、分布特征相似;而MnO、MgO、CaO、Na2O等则含量变化较大,在各河流沉积物中分布差异明显。其中沅江和澧水入湖沉积物中MgO、CaO、Na2O等的含量明显高于湘江和资江沉积物,而MnO则反之;澧水沉积物TiO2含量明显偏高。且湘江、资江、澧水沉积物中TiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO、CaO、P2O5、LOI等主量元素含量变化有明显的粒度效应,而沅江沉积物则不然。不同河流入湖沉积物主量元素组成差异明显,沉积物主量元素组成的明显差异与流域源岩岩性、化学风化作用、水动力条件等因素有关。其中湘江和资江沉积物主量元素组成主要与由上地壳+花岗岩组成的源岩有关;沅江沉积物元素组成受湖南板岩的影响明显;而澧水沉积物元素组成则是总体与上地壳元素组成相近似的区域源岩有关,并受长江沉积物影响。湘江和资江沉积物显示的风化程度明显高于沅江和澧水沉积物。但化学风化作用是通过不同抗风化能力岩石的空间分布而影响沉积物的元素组成。此外,湘江、资江、澧水沉积物元素组成受水动力条件影响,而沅江沉积物则不然。但水动力分选对沉积物元素组成的影响也受源岩岩性的控制。因此,流域源岩岩性是控制"四水"入湖沉积物主量元素组成的主要影响因素。     

X射线荧光光谱法测定土壤和沉积物中的锰

X射线荧光光谱法(XRF)是测定土壤和沉积物中锰的重要方法,具有制样简单、非破坏性测定、检测速度快等优点。目前用于建立工作曲线的土壤和沉积物标准物质的锰含量最高为2490mg/kg,采用XRF法测定受污染土壤和沉积物中的锰含量时易超出工作曲线测定范围。本文将锰标准溶液定量加入到土壤标准物质中,制备锰含量更高的校准样品,工作曲线的测定上限范围由2490mg/kg提高至3780mg/kg。该方法测定不同含量标准物质中锰含量的结果均在认定值范围内,实际样品的加标回收率为97.8%～108.3%,高含量锰的实际样品测定值与电感耦合等离子体发射光谱法测定值的相对偏差小于5.7%,相对标准偏差(RSD)小于0.4%(n=7)。实验结果表明该法测定锰含量高的土壤和沉积物的准确度和精密度良好。     

磷灰石单晶体同步辐射X射线荧光探针成分分析

采用同步辐射X荧光（SRXRF）探针技术对河北峪耳崖和甘肃大水两地花岗岩中单颗粒磷灰石的化学成分进行了分析。结果显示，磷灰石含有P、Cl、S、K、Ca、Mn、Fe、La、Ce、Nd、Sm、Gd、Yb、Sr、Y、Zr、U、Th等多种元素，峪耳崖磷灰石富含Mn、Fe，大水磷灰石则富含As。峪耳崖花岗岩为S型，大水花岗岩为Ⅰ型，两地磷灰石在稀土元素（REE）含量上具有明显差别：大水磷灰石呈右倾的REE配分模式和明显的轻稀土（LREE）富集；而峪耳崖呈现上凸的REE配分模式和LREE亏损。依据磷灰石的REE配分模式可有效地区分不同类型的花岗岩，以此作为花岗岩岩浆演化的指示。     

同步辐射技术在高分辨率古气候、古环境变化中的应用

随着古全球变化研究的深入,理解快速古气候变化的过程及机制正成为学术界关注的关键问题。同步辐射Ⅹ射线荧光原位无损分析是近年来发展起来的新方法。本文简单介绍了同步辐射技术,指出在分辨率和分析灵敏度方面,同步辐射Ⅹ射线荧光分析比其他方法更具有优势。以北极斯瓦尔巴德群岛Bolterskardet湖年纹层为例,介绍同步辐射技术在年纹层沉积物中的应用。初步研究结果表明,同步辐射Ⅹ射线荧光分析数据能够揭示元素含量变化的季节规律。在季节变化层面上,Rb/Sr比值的旋回变化与每个年纹层序列中夏季正粒序层逐渐过度为暗色的冬季粘土微层对应,甚至 Rb/Sr 比值变化亦能够反映夏季纹层内的次一级波动。因此,沉积物的粒度变化可能是决定 Rb/Sr 比值季节波动的主要因素。其他元素(As和Ti)含量的变化受沉积物粒度影响较小,Ti含量的变化可能主要受物理风化作用以及区域降水量变化的影响。     

1200年来湖光岩玛珥湖高分辨率元素地球化学记录

本文运用同步辐射X射线荧光光谱原位微区分析方法对湖光岩玛珥湖湖泊沉积物进行了分析,以核素测年(137Cs、210Pb和AMS 14C)数据为时间标尺,获得了1200年来Ti、Fe、Cu、Zn、Rb和Br等元素含量的高分辨率数据.Br元素含量与当地气象记录降水量变化大致呈正相关,可能说明区域降水是Br元素含量变化的主要影响因素.对1200年来Br元素含量的谱分析结果表明,Br元素含量变化的准周期分别为:1.5a、1.9～2.0a、2.1～2.6a、2.9～3.0a、374～442a和221～256a.其中,年际准周期变化可能与厄尔尼诺相关,而百年尺度的变化可能与太阳活动有关.从Ti元素含量与器测数据对比来看,Ti元素含量较高的时期也对应于降水量较大的时段,降水增加可能有利于碎屑物的搬运,但植被覆盖度、粒度效应等因素对沉积物中Ti元素存在正-负反馈机制.     

渤海东部与黄海北部表层沉积物的元素地球化学记录

为研究渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素组成特征及与物源的关系,分析了该海域138个站位沉积物样品的常量元素含量。渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素Al2O3、Mg O、Na2O和TFe2O3分布基本相似;Si O2分布与Al2O3、Mg O、Na2O和TFe2O3分布相反;Al2O3、Mg O、TFe2O3、Ti O2和Na2O等元素与细粒沉积物呈正相关,Si O2与粗粒沉积物呈正相关,Ca O、Ca CO3、Mn O和K2O分布与沉积物粒度无明显正或负的相关性;北黄海东部K2O分布反映了鸭绿江物质的影响。R-型聚类分析得出3种组合类型,以Mg O、Ca O和K2O及Mn O为代表,分别对应反映陆源细粒物质输入、指示黄河和鸭绿江物质的影响和海洋自生作用。依据Q-型聚类分析特征,将调查海域沉积物划分为4个不同的地球化学分区,同时综合分析得出了Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区的沉积物运移的路径趋势。K2O/Ca O揭示黄河物质影响自南至北和自西向东呈逐渐减弱的趋势,其中研究区西南部和北黄海中西部受黄河物质影响较强,北黄海东部沉积物更多受鸭绿江物质影响。